作者:袁一雪 来源:中国科学报 发布时间:2018/3/16 9:48:54
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浙大控制科学与工程学院揭四足机器人不倒的秘密

 “绝影”四肢关节运行流畅,更接近于真实动物的关节运动。

湿滑而又崎岖的雪地,它不断地通过小碎步来调整姿态以保持平衡;偶尔被人重重一踢,它也不会翻倒,打个趔趄后依然能保持平衡;即便面对人为放置的障碍——钢管,它也会在摇摇晃晃中调整好平衡,继续前行。

■本报记者 袁一雪

它叫“绝影”,一个四足机器人,出生于浙江大学控制科学与工程学院。

更仿生的四足机器人

“绝影”身长足有1米,四足站立时高60厘米,重70千克。

浙江大学控制科学与工程学院讲师朱秋国在接受《中国科学报》记者采访时表示,“绝影”对标的是波士顿动力公司的四足机器人SpotMini,后者的重量约30公斤,站立高度大约84厘米。“对标并非数据照搬,事实上我们也无法拿到那些关键的数据。这里的对标指的是‘绝影’在运动灵活性和稳定性上更趋近于波士顿动力的四足机器人。”确实,与工厂流水线上的机械手臂相比,“绝影”四肢关节运行得更加流畅,更接近于真实动物的关节运动。这得益于更先进的算法。这些算法存储在“绝影”的“大脑”中,当遇到意外情况时,它的“大脑”能够快速分析自己的处境,然后命令四肢做出相应的动作以防止摔倒。

不仅软件控制正在追赶世界先进水平,硬件也不逊色。“‘绝影’的硬件性能为实现这些功能提供了基本保障。其实,无论是硬件还是软件控制,一个有机的整体才能实现这些功能。”朱秋国说。而更流畅的关节运动则决定了它可以完成更多动作,比如跑跳、爬台阶、在碎石子路上行走、自主蹲下再站起来等。

不断突破自己

在开发四足机器人之前,朱秋国与研究人员主要进行的是两足机器人的研究。2015年,一个偶然的契机,让他们与一家公司合作开始了四足机器人的开发工作。“两足机器人与四足机器人最大的区别是站立方式不同,前者是两个脚掌着地,后者则是四个点着地。”朱秋国解释说。

相对于两足,四足机器人在静止状态下更稳定。但这并不意味着四足机器人可以一直保持稳定,“当快速行走时,‘绝影’会通过对角两条腿支撑,以及保持动态平衡。而且当室外路面凹凸不平,或者遇到突然干扰时,机器人又要保持稳定,即需要控制算法与硬件一起保证”。朱秋国说。

正当团队尽情投入四足机器人研究时,2016年,因为合同到期,四足机器人项目组面临解散。面对团队成员的失落,朱秋国决定自费将这个项目继续做下去。于是就有了“绝影”的诞生。“我们期望我们创造的机器人具备更多的中国元素。”在查阅了各种资料后,朱秋国决定还是用《三国演义》中曹操的坐骑“绝影”命名,“绝影不仅源自我国四大名著,更有速度很快,难以望其项背的意思。更希望这个品牌可以成为我国通向世界的品牌”。

做更稳定的平台

“绝影”的初步成果,令研究人员们欢欣鼓舞。

“接下来我们将研究在更复杂路况下的运动,比如杂草丛生或状况复杂的废墟,以及在突然打滑或者陷落的情况下是不是还能保持平衡等。”朱秋国表示,“这些算法需要逐步研究,以保证灵活性与稳定性的统一。”

除了功能,朱秋国打趣说,他们还将为“绝影”安装头部,因为“网友说,没有头看起来太恐怖”。

这就需要研究更高级的功能,朱秋国希望四足机器人的平台更稳定、更可靠,并将稳定的四足智能机器人提供给更多高校和科研单位,用于教学和科研。“如果将我们的机器人作为平台,可以直接进行控制算法、智能学习等开发工作,将会省去许多工程性的工作。”

“希望可以有越来越多的人投入到四足机器人的研究,以提升我国机器人研发的整体水平,尽早赶上和超越美国的技术。”朱秋国期盼。

《中国科学报》 (2018-03-16 第3版 科普)
 

 

 
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